KEK的ATF阻尼环的高分辨率BPM升级

ATF阻尼环束团长度测量的阻抗分析

Impedance Analysis of Bunch Length Measurements at the ATF Damping Ring

我们目前的能量扩散和束长度测量在加速器测试设备（ATF）在KEK，作为电流的函数，对于不同的环射频电压，并与光束上和下的耦合谐振。我们拟合的上耦合束的形状，由一个电阻和电感串联连接的阻抗模型。我们发现拟合相当好，但所得阻抗出乎意料地大。

2000年4月ATF束流数据的束内散射分析

Intrabeam Scattering Analysis of ATF Beam Data Taken in April 2000

2000年4月，在KEK的ATF阻尼环中，测量了单束团能量扩散、束团长度、水平发射度和垂直发射度随电流的变化。本文根据束内散射理论对测量结果进行了分析。测量结果被认为是相对一致的理论，虽然测量的效果似乎比理论更强。此外，在3 mA的电流下，垂直发射度的3倍增长似乎不被支持。

KEK加速器测试设施低级射频与定时系统

KEK Accelerator Test Facility Low-Level RF and Timing Systems

KEK ATF通过测量LLRF时钟的相位噪声功率谱密度，研究了实现100飞秒同步的关键因素，并分析了加速器和阻尼环信号发生器稳定性对同步性能的影响。

ATF抽取管路laser -导丝的状态

Status of the ATF extraction line laser-wire

正在科索沃能源公司的ATF提取线上安装一条新的激光线。该装置的目的是证明激光丝可用于测量微米尺度的光束尺寸。

KEK加速器试验装置束线束晕测量用的真空金刚石传感器扫描器

In vacuum diamond sensor scanner for beam halo measurements in the beam line at the KEK Accelerator Test Facility

束晕横向分布的研究对于理解未来直线对撞机（FLC）中的束流损失和本底控制具有重要意义。设计并研制了一种新型的四条真空金刚石传感器（DSv）扫描器，用于研究ILC和CLIC直线对撞机末级聚焦系统的低能（1.3GeV）原型ATF 2的束晕横向分布，并用于诊断其相互作用点（IP）后的康普顿反冲电子。使用DSv，$\sim10^6$的动态范围已被成功地证明和确认的同时束芯（$\sim10^9$电子）和束晕（$\sim10^3$电子）测量在ATF 2的第一次。本报告介绍了表征，性能研究和测试的金刚石传感器使用$α$源，以及使用电子束在PHIL，低能量（$< 10$ MeV）的光注入器在LAL，并在ATF 2。还介绍了在不同束流强度和真空度下，利用DSv在ATF2上首次测量束晕的结果。这种测量不仅允许人们评估不同的束晕产生源，而且还可以定义要安装在ATF 2上的合适准直系统的要求，以及在未来操作期间优化其性能。

康普顿散射对ATF阻尼环电子束动力学的影响

Effect of Compton Scattering on the Electron Beam Dynamics at the ATF Damping Ring

康普顿散射为下一代$e^-$-$e^+$对撞机提供了获得极化正电子的最有前途的方案之一。此外，它是一种有吸引力的方法，以产生单色的高能量偏振伽马射线的核应用和X射线的紧凑光源。在这个框架中，加速器试验设施（日本筑波ATF-KEK）安装了一个四镜法布里-珀罗腔，用于通过康普顿散射\cite{ipac-mightylaser}产生强通量的偏振伽马射线。对于ATF能量（1.28 GeV）的电子，康普顿散射可能会导致较短的寿命，由于有限的桶接受。我们已经实现了康普顿散射的效果上的二维跟踪代码与蒙特卡罗方法。该程序已被用来研究电子束在ATF阻尼环的纵向动力学，特别是康普顿散射下的能量扩展和聚束长度的演变。所得结果进行了介绍和讨论。提出了观测康普顿散射对ATF光束影响的可能方法。

ATF束流测量的束内散射分析

Intrabeam Scattering Analysis of ATF Beam Measurements

在KEK的加速器测试设备（ATF）中，束内散射（IBS）对电子机器来说是一种强烈的影响。这是一种耦合光束所有维度的效应，2000年4月，在很短的时间内，所有维度都被测量为电流的函数。在这份报告中，我们推导出一个简单的关系，由于IBS的发射率的增长率。我们应用的理论Bjorken-Mtingwa，Piwinski，和一个公式，由于Raubenheimer的ATF参数，并发现，结果都同意（如果在Piwinski的形式主义，我们取代分散平方β的分散不变）。最后，我们比较理论，包括势阱束加长的效果，与2000年4月的测量，并找到合理的能量扩散和水平发射度对电流的依赖性很好的协议。然而，垂直发射度测量意味着：测量中存在误差（相当于引入0. 6% x-y耦合误差），或者束内散射的影响比预测的更强（增长率强35%）。

加速器试验装置2的腔束流位置监测系统

Cavity beam position monitor system for the Accelerator Test Facility 2

加速器试验设备2（ATF 2）是一个用于线性高能对撞机最终聚焦光束线的缩比演示系统。本文介绍了作为ATF2诊断系统一部分的高分辨腔束流位置监测系统。使用两种类型的腔BPM，C波段工作在6.423 GHz，S波段工作在2.888 GHz，具有增加的波束孔径。描述了腔体、电子器件和数字处理。具有衰减器的C波段系统的分辨率被确定为大约250 nm，S波段系统的分辨率为1 m。在没有衰减的情况下，最佳记录的C波段腔分辨率为27 nm。

A high-resolution, low-latency, bunch-by-bunch feedback system for nano-beam stabilization

We report the design, operation and performance of a high-resolution, low-latency, bunch-by-bunch feedback system for nano-beam stabilisation. The system employs novel, ultra-low quality-factor cavity beam position monitors (BPMs), a two-stage analogue signal down-mixing system, and a digital signal processing and feedback board incorporating an FPGA. The FPGA firmware allows for the real-time integration of up to fifteen samples of the BPM waveforms within a measured latency of 232 ns. We show that this real-time sample integration improves significantly the beam position resolution and, cons…

KEK加速器试验设备最终聚焦束线的现状和初步结果

Present status and first results of the final focus beam line at the KEK Accelerator Test Facility

ATF 2是最终聚焦测试光束线，其目的是将来自ATF阻尼环的低发射度光束聚焦到约37 nm的垂直尺寸，并展示纳米级光束稳定性。使用了几种先进的光束诊断和反馈工具。2008年12月，在亚洲、欧洲和美国科学家组成的国际团队的支持下，完成了施工和安装，并开始了梁的调试。描述了目前的状况和初步结果。

高通量极化γ射线的产生：在ATF用四镜腔的首次测量

High flux polarized gamma rays production: first measurements with a four-mirror cavity at the ATF

下一代e+/e-对撞机将需要非常强的伽马射线通量来产生高电流极化正电子。这可以通过将偏振对中的偏振高能光子转换成目标来实现。在这方面，最近在科索沃能源公司的加速器试验设施安装了一个由激光器和四镜无源法布里-珀罗腔组成的光学系统，通过逆康普顿散射产生高通量的偏振伽马射线。在这方面的贡献，我们描述了实验系统，并提出了初步的结果。一个超稳定的四镜非平面几何形状已被实施，以确保产生的伽马射线的偏振。采用光纤放大器在高精细度腔中注入功率约10 W，增益为1000。一个数字反馈系统用于保持腔的长度所需的最佳功率增强。初步测量表明，产生了大约$4\times10^6 γ$ /s的通量，平均能量大约为24 MeV。还介绍了目前正在进行的几项升级。

新型357 MHz次谐波聚束器

New 357 MHz Sub Harmonic Buncher

KEK-ATF正在为未来的直线对撞机研发高电流、低发射度的电子束。在ATF中，15 ps长的电子束是由一个电子枪，一对357 MHz的SHBs，和一个S波段TW聚束器的组合。在直线加速器中，观测到了由自洽场振幅和相位的波动引起的束流不稳定性。我们认为产生这种涨落的原因是SHB腔中的多次碰撞。此外，谐振腔的Q值几乎是设计值的一半，则SHBs不能在最佳条件下运行。我们制作了新的SHB，考虑到避免多重碰撞和恢复Q值。模拟结果表明，新的SHB腔提高了聚束质量。

电子枪产生多束团

Multi-bunch generation by thermionic gun

KEK-ATF正在研究未来直线对撞机的低发射度多聚束电子束。在ATF中，采用电子枪产生20束团的电子束，束团间距为2.8ns。由于电子枪发射的畸变和聚束系统中的束加载效应，每个束的强度在注入器的端部不均匀高达40%。我们已经开发了一个系统，以纠正枪发射精确控制阴极电压与函数发生器。针对束流加载效应，我们在次谐波聚束器（SHB）上引入了射频幅度调制。通过这些技术，束团强度的均匀性得到了改善，后面的束团的透射率从67%恢复到91%，但前五束团的强度仍然低于其他束团。

A sub-micron resolution, bunch-by-bunch beam trajectory feedback system and its application to reducing wakefield effects in single-pass beamlines

A high-precision intra-bunch-train beam orbit feedback correction system has been developed and tested in the ATF2 beamline of the Accelerator Test Facility at the High Energy Accelerator Research Organization in Japan. The system uses the vertical position of the bunch measured at two beam position monitors (BPMs) to calculate a pair of kicks which are applied to the next bunch using two upstream kickers, thereby correcting both the vertical position and trajectory angle. Using trains of two electron bunches separated in time by 187.6~ns, the system was optimised so as to stabilize the beam o…

面向未来对撞机的具有纳米级位置分辨率的低Q腔型束流位置监测器的研制

The Development of Low-Q Cavity Type Beam Position Monitor with a Position Resolution of Nanometer for Future Colliders

本文研制低Q值C波段IPBPM并在ATF2束流测试中实现纳米级分辨率，验证其可满足未来ILC等直线对撞机的高精度束流位置测量需求。

1.5 GeV S波段直线加速器的能量稳定

Energy stabilization of 1.5 GeV S-Band linac

KEK-ATF正在为未来的直线对撞机研究低发射度、多聚束电子束。1.5 GeV直线加速器的能量不稳定性一直是一个问题，使束流注入阻尼环不稳定。由于不稳定的束流也产生大量的辐射，因此KEK辐射安全政策对束流的限制远远低于我们的预期。因此，稳定S波段直线加速器不仅对提高束流质量很重要，而且对清除辐射安全限制以启动多束团操作也很重要。我们对电子枪、调制器、速调管等进行了各种改进来解决这个问题。对于调制器，我们开发了前馈控制的De-Q模块。该模块通过前馈电路控制deQ时序来补偿电压抖动，因为过度充电的量与可在deQ时序之前测量的充电斜率密切相关。能量稳定性进行了检查，并提高了3倍，从0.6%到0.2%本身。对前馈电路进行了改进，提高了系统的稳定性。新电路的测试正在进行中。对于长期的不稳定性，正在安装速调管射频锁相系统。在测试运行中，该系统性能良好，补偿相位漂移小于1 °。

腔束流位置监测信号的主成分分析

Principal Component Analysis of Cavity Beam Position Monitor Signals

模型无关分析（MIA）方法通常用于分析其中可观测量之间的关系是非平凡的并且存在噪声的复杂系统。主成分分析（PCA）是MIA方法之一，可以根据输入数据中的成分对数据变异性的贡献进行分级，从而隔离输入数据中的成分。在本出版物中，我们展示了如何PCA可以应用到数字化的信号从一个腔束流位置监控器（CBPM）系统的例子，安装在加速器测试设施2（ATF 2）在日本KEK的3腔测试系统。我们证明了基于PCA的方法可以用来提取光束位置信息，并在性能方面与传统技术相匹配，同时需要相当少的设置和数据进行校准。

2号加速器试验设施的亚微米分辨率激光线

Laserwire at the Accelerator Test Facility 2 with Sub-Micrometre Resolution

激光丝横向电子束尺寸测量系统已在KEK加速器试验设备2（ATF 2）上开发和运行。开发了特殊的电子束流光学，以在激光线位置处产生约1 x 100 μm（垂直x水平）的电子束，该电子束使用波长为532 nm的150 mJ、71 ps激光脉冲进行轮廓分析。激光传播的精确表征允许由激光发散引起的电子束的非高斯横向轮廓被去卷积。最小垂直电子束尺寸为1.07 ${\pm}$ 0.06（静态）${\pm}$ 0.05（系统）测量μm。在进行激光线测量的同时，改变刚好在激光线之前的垂直聚焦四极，并且投影垂直发射度被测量为82.56 ${\pm}$ 3.04 pm rad。